손가락 움직임을 완벽하게 감지하는 신기한 장갑 개발

- 모션 센싱 장갑 개발로 국제적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 게재

- 동작 추적 정확도 높여, 원격 수술∙VR/AR 응용 가능성 확대

▲ (좌측부터) 서울대 기계공학부 박용래 교수, 박명선 박사, 모션 센싱 장갑

서울대학교 공과대학은 기계공학부 박용래 교수팀이 최근 손가락 뼈 길이와 관절 각도를 정확하게 추정할 수 있는 신축성 장갑을 개발하여 주목받고 있다고 밝혔다.

해당 연구는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 7월 11일자로 게재되었으며, 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있는 혁신적인 기술로 평가받고 있다.

연구의 배경 및 필요성

사람의 손은 매우 복잡한 구조와 높은 자유도를 가지고 있어 손 동작을 정확히 추적하고 재구성하는 것은 매우 어려운 과제였다. 기존의 많은 연구들은 제한된 범위의 손 동작만을 감지하거나 특정 손가락 위치만을 추정하는데 그쳐, 실제 응용에서는 한계가 있었다. 박용래 교수팀은 이를 해결하기 위해 손의 전체적인 동작을 정확히 추적할 수 있는 새로운 접근법을 제시했다.

신축성 장갑의 혁신적 설계

이번에 개발된 신축성 장갑은 유연한 액체 금속 센서를 사용하여 손가락 뼈 길이와 관절 각도를 동시에 추정할 수 있는 단일 센싱 메커니즘을 채택하였다. 이 장갑은 손의 크기와 관계없이 누구나 착용할 수 있도록 설계되었으며, 착용자의 손 동작을 실시간으로 추적하고 재구성할 수 있다.

주요 성과 및 응용 분야

박용래 교수팀의 연구에 따르면, 이 신축성 장갑은 약 2 mm의 뼈 길이 추정 오차와 5° 이내의 관절 각도 추정 오차를 보이며, 손끝 위치 추정에서는 약 4 mm의 오차를 기록하였다. 이는 손끝의 움직임을 거의 실제와 동일하게 재현할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 원격으로 스마트폰 화면의 아이콘을 터치하거나, 텔레비전 리모컨의 버튼을 누르는 세밀한 작업을 수행할 수 있을 정도다. 이러한 높은 정확도는 원격 수술 로봇이나 휴머노이드 로봇 손의 원격 조작, 가상현실(VR) 및 증강현실(AR) 등의 응용 분야에서 잠재적인 활용 가능성을 크게 높여준다.

향후 연구 방향

박용래 교수는 "이 신축성 장갑을 통해 다양한 손 동작을 정확히 추적하고 재구성할 수 있게 되어, 앞으로 더 정밀한 로봇 조작과 상호작용이 가능해질 것"이라고 밝혔다. 또한, 이 장갑은 로봇 공학 뿐만 아니라, 의료 분야에서도 중요한 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 서울대학교와 연세대학교와의 협력을 통해 이루어졌으며, 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원을 받았다. 이 논문의 주 저자인 박명선 박사는 서울대학교 기계공학부에서 박사학위를 지난 2월에 받았으며, 현재 미국 University of California, San Diego에서 박사후 연구원으로 재직 중이다.

▲ 개발된 장갑을 이용한 다양한 동작 추적(위) 및 가상 환경에서의 손 모양 재구성(아래) 예시

▲ 그림자 놀이를 이용한 개발된 장갑의 성능 시연(좌), 장갑을 착용한 손과 실제 그림자를 가상현실에서 재구현해서 보여줌(우)

[참고자료]

연구논문: https://doi.org/10.1038/s41467-024-50101-w

M. Park, T. Park, S. Park, S. J. Yoon, S. H. Koo, and Y.-L. Park, "Stretchable Glove for Accurate and Robust Hand Pose Reconstruction Based on Comprehensive Motion Data," Nature Communications, vol. 15, 5821, 2024.

[문의사항]

서울대학교 공과대학 기계공학부 박용래 교수 / 02-880-1668 / ylpark@snu.ac.kr